模块化参数化设计现状分析

1、模块化参数化设计模块化参数化设计现状分析现状分析2021-12-711110000模块化参数化设计的定义案例分析案例分析发展前景及地位发展前景及地位综述综述现有形势分析现有形势分析目录目录01 模块化参数化设计定义模块化参数化设计定义 模块化设计模块化设计是指在对一定范围内的不同功能或相同功能不同性能、不同规格的产品进行功能分析的基础上，划分并设计出一系列功能模块，通过模块的选择和组合可以构成不同的产品，以满足市场的不同需求的设计方法。参数化设计参数化设计是Revit Building的一个重要思想，它分为两个部分：参数化图元和参数化修改引擎。Revit Building中的图元都是以构件的形

2、式出现，这些构件之间的不同，是通过参数的调整反映出来的，参数保存了图元作为数字化建筑构件的所有信息。 模块化设计的原则模块化设计的原则 1.力求以少量的模块组成尽可能多的产品，并在满足要求的基础上使产品精度高、性能稳定、结构简单、成本低廉，模块间的联系尽可能简单； 2.模块的系列化，其目的在于用有限的产品品种和规格来最大限度又经济合理地满足用户的要求。横向系列模块化设计横向系列模块化设计不改变产品主参数不改变产品主参数,利用模块发展变形产品。这种方式易实现利用模块发展变形产品。这种方式易实现,应用广。应用广。纵向系列模块化设计纵向系列模块化设计在同一类型中对不同规格的基型产品进行设计。在同一类

3、型中对不同规格的基型产品进行设计。横向系列和跨系列综合模块化设计横向系列和跨系列综合模块化设计除发展横系列产品之外除发展横系列产品之外,改变某些模块还能得到其它系列产品者改变某些模块还能得到其它系列产品者,便属于横向系列和跨系便属于横向系列和跨系列模块化设计了。列模块化设计了。全系列模块化设计全系列模块化设计全系列包括纵向系列和横向系列。全系列和跨系列模块化设计。在全系列基础上用于结全系列包括纵向系列和横向系列。全系列和跨系列模块化设计。在全系列基础上用于结构比较类似的跨产品的模块化设计。构比较类似的跨产品的模块化设计。模块化设计的主要方式模块化设计的主要方式02 案例分析案例分析产品（冰箱）

4、案例分析产品（冰箱）案例分析 这里以民用家具中较典型的柜休家具-衣橱（宽900，高2100，深580）为例，从模块化设计的三个层次，逐步分析衣橱的模块化设计。家具（衣橱）案例分析家具（衣橱）案例分析首先了解衣橱的内部配置并分析其功能。衣橱虽说造型相对简单，其内部配置却非常丰富，而这些配置受到相关条件的限制。一是家具标准的限制，国家标准中对衣橱的内部功能尺寸作了明确的规定（见图1，表1）。二是人体工程学对衣橱尺寸的限制，如抽屉的高度不能超过视平线，拉篮的高度应在手所及之处等等。根据这些限制条件，设计师可以剔除不合理的配置形式，绘制出一些常用的衣橱内部配置图。模块设计是模块化设计中的关键，家具模块

5、的合理性对模块设计是模块化设计中的关键，家具模块的合理性对模块化家具的产品性能、外观以及模块的通用化程度和模块化家具的产品性能、外观以及模块的通用化程度和加工成本都有很大的影响。这个设计环节由功能分析、加工成本都有很大的影响。这个设计环节由功能分析、模块划分和模块设计三部分组成。模块划分和模块设计三部分组成。 从衣橱收纳形式分析可知，衣橱收纳物品的构成要素主要有六种：挂杆（挂衣杆、挂裤架、领带架、挂钩）、固定式的开放搁板（包括木质搁板、丝网储藏架）、拉出式的丝网篮筐或搁板、全封闭或半封闭的抽屉以及柜桶，其他一些储物形式通过附属的家具配件完成，例如收纳床必须借助专门的五金件。 衣橱功能分析之后，

6、可以开始衣橱模块的划分。按照模块功能独衣橱功能分析之后，可以开始衣橱模块的划分。按照模块功能独立和结构独立的原则，分析衣橱的各种内部配件，提炼出能作为立和结构独立的原则，分析衣橱的各种内部配件，提炼出能作为独立的衣橱模块的要素，建立衣橱的功能模块系统（见图独立的衣橱模块的要素，建立衣橱的功能模块系统（见图2）。）。从这个系统可知，衣橱模块划分的过程为：分析衣橱总功能从这个系统可知，衣橱模块划分的过程为：分析衣橱总功能-获获得各子功能得各子功能-提炼功能要素提炼功能要素-分析确定模块。分析确定模块。通过对衣橱的功能分解，对功能要素的简化与归并，得出了具有特定功能和接口结构的通用独立单元，即模块。

7、得到模块之后要做的则是对模块的结构、接口和尺寸进行设计，并将设计好的模块统一存入模块库。 由于衣橱模块化产品非常多，消费者只有充分获取产品信息，在了解各种可能的组合方式基础上，才能做出正确的判断选择。所以，家具企业需要建立模块库和模块化产品库，提供一份模块化衣橱的目录，绘制出所有的模块化衣橱的三视图或透视图，建立衣橱的产品族，以提供消费者使用。既为产品族，它们具有相同的柜框、相同的插件模块，但组合方式上却又有差别。既有共性，又有个性，这是衣橱产品族的特点。 家具模块化设计的优势是显而易见的，它不仅能以车到底的成本提高企业家具模块化设计的优势是显而易见的，它不仅能以车到底的成本提高企业的客户满意

8、度，进而提高企业的市场竞争力，而且能促进整个家具行业的创新，的客户满意度，进而提高企业的市场竞争力，而且能促进整个家具行业的创新，改变现有家具产业的结构。未来将会出现专门的模块提供商、专门组装丰如央改变现有家具产业的结构。未来将会出现专门的模块提供商、专门组装丰如央的家具企业和专门制定模块的设计规则的新型家具企业，企业的竞争模式也将的家具企业和专门制定模块的设计规则的新型家具企业，企业的竞争模式也将发生改变。发生改变。模块化参数化设计的目的模块化参数化设计的目的模块化产品设计的目的是以少变应多变，以尽可能少的投入生产尽可能多的产品，模块化产品设计的目的是以少变应多变，以尽可能少的投入生产尽可能

9、多的产品，以最为经济的方法满足各种要求。由于模块具有不同的组合可以配置生成多样化以最为经济的方法满足各种要求。由于模块具有不同的组合可以配置生成多样化的满足用户需求的产品的特点，同时模块又具有标准的几何连接接口和一致的输的满足用户需求的产品的特点，同时模块又具有标准的几何连接接口和一致的输入输出接口，如果模块的划分和接口定义符合企业批量化生产中采购、物流、生入输出接口，如果模块的划分和接口定义符合企业批量化生产中采购、物流、生产和服务的实际情况，这就意味着按照模块化模式配置出来的产品是符合批量化产和服务的实际情况，这就意味着按照模块化模式配置出来的产品是符合批量化生产的实际情况的，从而使定制化

10、生产和批量化生产这对矛盾得到解决。生产的实际情况的，从而使定制化生产和批量化生产这对矛盾得到解决。 模块化设计在设计思想上是对传统设计的一种创新，早期模块化设计多采用手工操作管理，缺乏现代化的设计和管理手段，不能充分发挥模块化设计的优越性。随着计算机应用技术向各行各业的渗透及以计算机辅助设计为主体的现化设计技术的发展，模块化设计从设计手段上已有了极大的不同，形成了以计算机为工具、以模块化设计为目标的各种学科交叉融合的新型技术领域，如计算机辅助模块化设计、模糊模块化设计、智能模块化设计、优化模块化设计等等，这些手段反过来又促进了模块化设计思想的发展。03 模块化参数化设计现状分析模块化参数化设计

11、现状分析模块化设计模块化设计15的概念在的概念在20世纪世纪50年代由欧美一些国家正式提出，随后得到越来越广泛年代由欧美一些国家正式提出，随后得到越来越广泛的关注和研究的关注和研究16,17,18。模块化设计方法已经在机械（如数控机床、模具、减速箱、工。模块化设计方法已经在机械（如数控机床、模具、减速箱、工业汽轮机）、电工电子（如微机、通信设备、电动控制仪表）、船舶、建筑、电力、武业汽轮机）、电工电子（如微机、通信设备、电动控制仪表）、船舶、建筑、电力、武器装备（如方舱、雷达、航空电子设备）等行业中得到广泛应用器装备（如方舱、雷达、航空电子设备）等行业中得到广泛应用19，并取得了显著的效，并取

12、得了显著的效益。益。Huan和和Kusiak20,21等对模块化产品开发研究现状进行了评述，指出了一些有待深等对模块化产品开发研究现状进行了评述，指出了一些有待深入研究的问题。入研究的问题。综合起来，现代模块化设计呈现以下几种趋势：综合起来，现代模块化设计呈现以下几种趋势：1）各种数学方法（模糊数学、优化等）引入模块化设计各个环节，如模块的划分、结构）各种数学方法（模糊数学、优化等）引入模块化设计各个环节，如模块的划分、结构设计、模块评价、结构参数优化等设计、模块评价、结构参数优化等2）不同层次计算机软件平台的渗透，如二维绘图、实体造型、特征建模、概念设计、曲面）不同层次计算机软件平台的渗透，

13、如二维绘图、实体造型、特征建模、概念设计、曲面设计、装配模拟等软件均可用于模块化设计之中。设计、装配模拟等软件均可用于模块化设计之中。 模块化是在传统设计基础上发展起来的一种新的设计思想，现已成为一种新技术模块化是在传统设计基础上发展起来的一种新的设计思想，现已成为一种新技术被广泛应用，尤其是信息时代电子产品不断推陈出新，模块化设计的产品正在不被广泛应用，尤其是信息时代电子产品不断推陈出新，模块化设计的产品正在不断涌现。断涌现。03 模块化参数化设计趋势及地位模块化参数化设计趋势及地位 3）数据库技术及成组技术的应用。产品系列型谱确定之后，在系列功能模块设计时，采用）数据库技术及成组技术的应用

14、。产品系列型谱确定之后，在系列功能模块设计时，采用数据库技术及成组技术数据库技术及成组技术21，首先对一系列模块的功能、结构特征、方位、接合面的形状、，首先对一系列模块的功能、结构特征、方位、接合面的形状、形式、尺寸、精度、特性、定位方式进行分类编码，以模块为基本单元进行设计，存储在形式、尺寸、精度、特性、定位方式进行分类编码，以模块为基本单元进行设计，存储在模块数据库中。具体设计某个产品时，首先据功能及结构要求形成编码，据编码在数据库模块数据库中。具体设计某个产品时，首先据功能及结构要求形成编码，据编码在数据库中查询，若查出满足要求的模块，则进行组合，联接；否则，则调出功能和结构相似的模中查

15、询，若查出满足要求的模块，则进行组合，联接；否则，则调出功能和结构相似的模块进行修改。组合联接好之后，与相应的图形库连接，形成整机。分类编码识别从技术上块进行修改。组合联接好之后，与相应的图形库连接，形成整机。分类编码识别从技术上容易实现一些，另有一些研究者正在研究更为直观的图形识别。容易实现一些，另有一些研究者正在研究更为直观的图形识别。 4）模块化产品建模技术。与产品建模技术同步，模块化产品模型有其自身的特点。目前研）模块化产品建模技术。与产品建模技术同步，模块化产品模型有其自身的特点。目前研究的建模技术有三维实体建模、特征建模、基于究的建模技术有三维实体建模、特征建模、基于STEP的建模

16、等。的建模等。5）人工智能的渗透。模块的划分、创建、组合、评价过程，除用到数值计算和数据处理）人工智能的渗透。模块的划分、创建、组合、评价过程，除用到数值计算和数据处理外，更重要的是大量设计知识、经验和推理的综合运用。因此，应用人工智能势在必行，外，更重要的是大量设计知识、经验和推理的综合运用。因此，应用人工智能势在必行，参考文献参考文献 22的作者在对加工中心总体方案进行模块化设计时，研制开发了基于知识的智的作者在对加工中心总体方案进行模块化设计时，研制开发了基于知识的智能能CAD系统。系统。 6）生命周期多目标综合。并行工程要求在设计阶段就考虑从概念形成到产品报废整个生命）生命周期多目标综

17、合。并行工程要求在设计阶段就考虑从概念形成到产品报废整个生命周期的所有因素。在模块化设计中，不同目标导致模块化的方法与结果不同，各种目标在对周期的所有因素。在模块化设计中，不同目标导致模块化的方法与结果不同，各种目标在对模块的要求方面相互冲突，在同一个产品中，不同模块对目标的追求也不一致，这就需要对模块的要求方面相互冲突，在同一个产品中，不同模块对目标的追求也不一致，这就需要对各目标综合考虑、权衡、合理分配各目标综合考虑、权衡、合理分配23，取得相对满意的结果。专家系统、模糊数学、优化，取得相对满意的结果。专家系统、模糊数学、优化等手段都在这一领域获得了充分的发展空间。等手段都在这一领域获得了

18、充分的发展空间。模块化是在传统设计基础上发展起来的一种新的设计思想，现已成为一种新技术被广泛应模块化是在传统设计基础上发展起来的一种新的设计思想，现已成为一种新技术被广泛应用，尤其是信息时代电子产品不断推陈出新，模块化设计的产品正在不断涌现。如何使产用，尤其是信息时代电子产品不断推陈出新，模块化设计的产品正在不断涌现。如何使产品的模块化设计全方位地满足市场的多样化需求，应当引起企业经营者、新产品开发人员品的模块化设计全方位地满足市场的多样化需求，应当引起企业经营者、新产品开发人员及其标准化研究者的高度重视。模块化设计已被广泛应用于机床、电子产品、航天、航空及其标准化研究者的高度重视。模块化设计已被广泛应用于机床、电子产品、航天、航空等设计领域，但至今模块化术语尚未给出公认的权威性定义。企业一方面必须利用产品的等设计领域，但至今模块化术语尚未给出公认的权威性定义。企业一方面必须利用产品的批量化、标准化和通用化来缩短上市周期、降低产品成本、提高产品质量，另一方面还要批量化、标准化和通用化来缩短上市周期、降低产品成本、提高产品质量，另一方面还要不断地进行产品创新使产品越来越个性化，满足客户的定制需求。这样，如何平衡产品的不断地进行产品创新使产品越来越个性化，满足客户的定制需求。这样，如何平衡产品的标准化、通用化与定制化、柔性化之间的矛盾，成为赢得竞争的关键能力。平